Брикеты из угля и торфа — стоит ли ими топить?
Великая технологическая революция затронула и дрова. Раньше было проще, можно было топить дровами, или углем, или высушенным торфом, или не топить. Сейчас из этих энергоносителей понаделали брикетов — прессованных окатышей, но разной формы, и торгуют ими, уверяя нас, что если мы не будем топить брикетами из угля или торфа, то отстанем… Разберемся далее во всех подробностях, нужны ли нам эти брикеты и чем собственно говоря они лучше березового полена, ведра угля и т.п.
Завалить брикетами мир
Мечта производителя брикетов — кучи брикетов до горизонта, с надписью «мое», и расходящиеся во все стороны эшелоны, груженные этими кусочками. Но не тут-то было. Продвинутые пользователи давно смекнули, что эти плюшки изготавливаются из обычных материалов, из торфа, из угля, из дров, из лузги семечек, а также из других подобных энергоносителей, содержащих горючий углерод. Которые не за дешево прогоняется по цехам, с добавлением дорогих компонентов, фасуются, упаковываются, развозятся, при этом значительно дорожают.
Получается, что горючего компонента в 1 килограмме брикетов примерно столько же, сколько и в 1 килограмме исходного сырья — т.е. один килограмм. А стоят килограмм кусочков в 2 — 3 раза дороже. Энергии можно получить примерно столько же, как и раньше, но она окажется в 2 — 3 раза дороже. Поэтому брикеты, какими бы они ни казались удобными, не могут полностью вытеснить торф и уголь, а также дрова. Но их все равно не мало покупают, — почему? и нужно ли немедленно отправляться в магазин за брикетами?
Почему брикеты из угля хороши
Угольную пыль, штыб, которые дешевы, примерно в 2 раза дешевле чем крупнокусковой уголь, склеивают горючим клеящим, прессуют в квадратики и ромбики, и получают угольный брикет. Почти не дающий пыли и почти не пачкающий руки. Присутствующий в нем уголь дает повышенную калорийность горения, производители заявляют что-то около 5500 кКал/кг, что уже не мало. Конечно, до кускового качественного антрацита очень далеко (8000 — 9000 кКал/кг), до угольков «попроще» с повышенной золой, серой и меньшей степенью метаморфизма (6500 — 7500 кКал/кг) — уже ближе.
Таким образом, можно топить брикетами из угольной пыли, что удобно и не слишком дорого по получаемой энергии. Уголь же требует тягу, предварительной растопку дров, да и найти кусковой уголь лучшего качества не всегда просто….
Брикетирование торфа и лузги — все для потребителя
Брикеты из торфа получают примерно также. Добывают верховой торф, сушат его, и пускают на брикетирование. Получают кусочки с теплотворностью порядка 4500 кКал/кг. Поменьше чем из угля, но и стоимость в средней полосе, где угля нет, а торфа валом, тоже будет ниже. Конкурентом ему выступают кусочки (пеллеты) из лузги подсолнечника, которые содержать масло, дающее неплохую энергию.
Поэтому производители имеют смелость заявлять что в пеллетах из подсолнечника также можно отыскать 4500 кКал/кг. Таким образом получаем еще пару видов топливных кусков, которые можно приобрести и топить ими мангал, в том числе, а также любые камины, печи и котлы. Да, получим энергию подороже, но и удобства больше, и упаковки чище, и пыли-мусора, как с дров нету…
Брикеты для отопления только снятся
С выводами все понятно с самого начала. Евродрова, они же брикеты из горючих материалов, хороши на вид, но за «посмотреть и потрогать», а также за покрасоваться с ними, нужно платить.
Увесистое ведро угля не воспринимает в упор конкуренцию от пачки брикетов, так как задешево может отопить дом. Чего никогда не смогут сделать брикеты.
Отопление дровами может быть еще выгоднее, но в разных регионах по разному. Где-то кКал от дров окажется выгоднее, где-то от угля, возможно, где-то от торфа. Зависит еще и от особенностей котла, системы отопления.
Трудно заставить жителей лесных или угольных регионов запасаться брикетами. Например, лучшие антрациты Донбасса дают мировой рекорд теплотворности по углю — более 9500 кКал/кг, — больше чем у природного газа, фактически чистый углерод. И такого угля не мало, его эшелонами везут на электростанции…
Но брикеты, как дань удобству, дань моде и современному стилю жизни, конечно-же имеют свое небольшое местечко под Солнцем, и зовут нас погреться к камину, без пыли и шума.
Виды твердого топлива
Наиболее простым и быстро возобновляемым видом топлива есть древесина: дрова, горбыли, опилки, щепа, кора, пиллеты, топливные брикеты.
Древесина как топливо характеризуется высоким выходом летучих горючих веществ – до 85% и незначительным содержанием золы – в среднем до 1%, а также отсутствием серы (основного корозионного компонента дымовых газов).
Теплота сгорания равна в среднем 18,67 МДж/кг (4460 ккал/кг).
Этот факт весьма выгоден как с точки зрения эффективности эксплуатации, так и с экологической точки зрения – так как сжигание дров наименее вредно для атмосферы, а при использовании современных котлов – котлов длительного горения, и пиролизных котлов, которые специально спроектированы для работы на дровах, дает возможность получать дешевое и эффективное отопление и водоснабжение.
Ископаемый уголь делится на бурый, каменный и антрациты.
Бурый уголь содержит много влаги, соединяется легко с кислородом воздуха и при длительном хранении на воздухе сильно выветривается и рассыпается в порошок. Кроме того бурый уголь обладает большой склонностью к самовозгоранию, то есть является пирофором.
По своей структуре отличается повышенным содержанием балласта (несгораемого остатка) и необычно высокой гигроскопичностью, в следствии чего влажность бурых углей достигает 17-55%. Бурый уголь не спекается, отличается большим выходом летучих горючих веществ на горючую массу (33,5-58,5%) и зольностью на сухую массу (10,5-34%) и повышенным содержанием серы (0,6-5,9%).
Теплота сгорания колеблется от 10,7 до 17,5 МДж/кг (4177 ккал/кг).
Как видно теплотворность бурого угля ниже теплотворной способности дров в пересчете на килограмм веса, условия хранения весьма специфичны, из за этого использование бурого угля в домашних хозяйствах весьма ограниченно.
Каменный уголь подразделяется на длиннопламенный, газовый, паровичный жирный, коксовый паровичный спекающийся и тощий.
Каменный уголь отличается большой теплотой сгорания – 21,2-28,07 (5097-6700 ккал/кг) Выход горючих летучих веществ равен 3,5-45%.
Каменные угли более плотные и малопористые и содержат меньше внешней влаги чем бурый уголь. Способы хранения каменного угля значительно более просты, так как они мало подвержены самовозгоранию.
Благодаря этим качествам каменный уголь стал самым массовым видом топлива как в частных хозяйствах, так и в промышленности.
Антрациты – это старейшие по происхождению каменные угли, отличающиеся большой твердостью, трудно загорается, горит коротким пламенем.
К антрацитам относят угли с выходом летучих горючих веществ – 7-9%, теплота сгорания горючей массы – 24,35-27,24 МДж/кг (5800-6500 ккал/кг)
Антрациты являются основным промышленным видом угля – из него производят разные марки кокса .
Торф – является самым молодым ископаемым видом топлива – его извлекают из болот различными способами, затем сушат и брикетируют – по своим свойствам торф близок к дровам.
Торф характеризуется средним уровнем влажности (30-55%), который зависит от способа добычи и сушки. Зольность торфа колеблется от 7 до 15%. Теплота сгорания торфа 8,38-10,72 МДж/кг (3511-4492 ккал/кг)
Торф в качестве топлива стали использовать значительно раньше чем ископаемый уголь, но в последнее время он вытеснялся более удобными в использовании дровами и каменным углем. Хотя он имеет довольно высокий потенциал и низкую себестоимость.
Горючие сланцы – это продукты разложения растительных остатков, оседавших на дне больших водоемов; смешиваясь с минеральными осадками, образовывалось илистое вещество – сапропель, которое обогащаясь водородом, уплотнялось и превращалось в горючие сланцы.
Сланцы имеют в среднем теплоту сгорания 10,4 МДж/кг (2477 ккал/кг), при их сжигании образуется очень большое количество золы 64,5% Выход летучих веществ у сланцев очень высок – 90%, влажность низкая – 13%.
Высокая зольность и низкое распространение – привело к тому, что горючие сланцы являются довольно редким видом топлива по сравнению с углем и дровами.
Из выше перечисленных видов топлива наибольшей промышленной перспективой обладают каменный уголь, запасы которого на Донбассе достигают крупных масштабов.
Для домашнего использования в качестве альтернативы газу – самый перспективный и экологически чистый вид топлива – это дрова и их производные, такие как пеллеты, щепа, опилки, брикеты. По теплотворной способности они ниже каменного угля, но имеют ряд преимуществ:
- низкая стоимость;
- доступность в большинстве регионов Украины;
- возобновляемость;
- экологичность;
Уголь и торф — самые распространенные виды твердого топлива
Еще не так давно, в прошлом веке, в 1965 году, добывание угля было важнейшим источником энергии в мире. В 1985 году оно обеспечивало 31% произведенной человечеством энергии (тепловой и электрической). Уголь обеспечивает дешевой энергией страны, где это доступно, в том числе Украину, которая имеет значительные запасы этих полезных ископаемых. Сегодня уголь является единственным энергоносителем, разведанные запасы которого (около 50 млрд т) могут обеспечить потребности Украины в ближайшие 300 лет.
Антрацит, каменный и бурый уголь — это сегодня самые распространенные виды ископаемого твердого топлива в Украине. Особой популярностью пользуется каменный уголь, который в настоящее время является одним из самых дешевых и калорийных видов топлива. Средняя калорийность каменного угля зависит от его сорта. При сжигании каменного угля выделяется в 2-3 раза больше тепла, чем при сжигании такого же количества дров или торфа.
Но вместе с тем среди всех видов твердого топлива уголь является наиболее вредным для окружающей среды. Никакой другой вид топлива при сгорании не выделяет так много углекислого газа, как уголь. Загрязнение атмосферы вызывают также угольная пыль, пепел, сажа, угарный и сернистый газы, оксиды азота, соединения тяжелых металлов, в том числе радиоактивных. Современные технологии (газификация угля, применение водно-угольных суспензий, использование специального оборудования и фильтров для очистки дымовых газов и улавливания углекислого газа) позволяют несколько уменьшить негативные последствия от сжигания угля. Без введения этих технологий и усовершенствованных конструкций котлов (с высоким коэффициентом полезного действия и снижением вредных выбросов в атмосферу) негативные последствия от сжигания угля в перспективе уменьшат его использование и приведут к постепенному переходу на менее вредные и экологически безопасные виды твердого топлива.
Торф, торфобрикеты и торфяные гранулы (пеллеты) также широко используются для сжигания в твердотопливных котлах, особенно в тех районах, где есть торфяные месторождения и ведется их разработка.
Сам торф (кусковой и фрезерный) относится к ископаемым видам топлива с высокой зольностью и влажностью. Поэтому для отопления в основном используются торфяные брикеты и гранулы.
Залежи торфа расположены в заболоченных местностях и распространены, главным образом, в западных, северо-западных и северных областях Украины, где обнаружено более 2500 месторождений торфа. Его запасы оцениваются в более 2260000000 т. Торфяники занимают площадь около 10 тыс км2.
Действующие в Украине торфоперерабатыающие заводы обладают достаточными производственными мощностями для существенного увеличения добычи кускового и фрезерного торфа и изготовления из него брикетов и гранул.
Древесина, торф, уголь — полноценная и быстроокупаемая замена бензина, дизтоплива, природного газ
Существующие в природе большие ресурсы угля, древесины, торфа, более полувека назад широко использовались в нашей стране вместо привычных в настоящее время природного газа, бензина, дизельного топлива. В стране производились и эксплуатировались сотни тысяч больших и малых газогенераторов, которые использовались для производства генераторного газа (СО+Н2+СН4+инертные газы). Генераторный газ после очистки от примесей использовался в качестве топлива автомобильных, тракторных, тепловозных и судовых двигателей, двигателей газопоршневых теплоэлектоагрегатов и для крупных промышленных производств.
С открытием больших запасов нефти и газа и началом их добычи, кажущаяся дешевизна и простота применения природного газа, бензина, дизельного топлива, мазута обеспечили условия для забвения процесса газификации и в целом всего направления.
Запасы нефти и газа оказываются не безграничными, начинается дефицит газа, рост цен с вытекающими из этого последствиями.
Передача нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности в частные руки и отсутствие регулирования цен на топливо вызвало неуправляемый рост цен на бензин, дизельное топливо, электрическую энергию, газ, который сказывается в первую очередь на сельском хозяйстве, транспорте и вообще на всех видах производства.
Одним из путей выхода из существующего положения является освоение нового (давно забытого старого) способа получения энергии — газификации твёрдых видов топлива — древесины, торфа, угля, имеющихся практически повсеместно.
Газификация — процесс со сложным комплексом химических реакций, основными из которых являются следующие:
Целевыми компонентами в этой смеси являются СО, Н2 и СН Усреднённый состав генераторного газа следующий:
Горючие газы (%):
– оксид углерода — угарный газ СО — 26,0
Инертные газы (% об.):
– двуокись углерода (СО2) — 7,56
Большие объёмы заготовок и переработки леса сопряжены с получением больших количеств отходов древесины, которые могут стать практически подготовленным топливом для газогенераторов. Использование древесных отходов не только очищает природу от загрязнений, но и снижает или полностью исключает затраты на покупку электроэнергии предприятиями, посёлками, городами, делают их независимыми от ненадёжного внешнего энерго- и газоснабжения.
Практически не используются запасы торфа и местные ресурсы углей, которые могут и должны стать доступной заменой удобных, но дорогих ввозимых бензина, солярки.
В настоящей статье представлены наши результаты по модернизации современных дизельных двигателей для работы на газовом топливе, в том числе и на генераторном газе, а также возможности самого генераторного производства.
Дизельные двигатели имеют широкое применение в производстве автомобилей, тракторов, автономных электростанций. Перевод широкого ассортимента дизелей на газовое топливо решает сразу много вопросов и в первую очередь экономические. Потребители бензина, ДТ, природного газа могут перейти на местные, гораздо более дешёвые виды топлива, это развязывает им руки, снижает зависимость от деятельности энергетических монополий.
Другие решаемые проблемы:
– Экологические — современные крупные заготовки и переработка древесины вызывают концентрацию отходов производства в определённых местах, вызывая негативное воздействие на почву, почвенные воды, атмосферу. Использование отходов для производства электрической и тепловой энергии — крупномасштабное экологическое мероприятие, способствующее выполнению Киотского соглашения.
– Ресурсосбережение. По имеющейся информации количество отходов, образующихся при глубокой переработке древесины достигает 30-35%, это означает исключение из топливного баланса страны многих миллионов тонн топлива. Данная ситуация аналогична положению в добыче нефти и газа, когда многие миллиарды углеводородных газов низкого давления выбрасываются для сжигания на факелах.
– Социальные. Для производства дополнительно необходимых двигателей, электрических генераторов, газогенераторов, энергетических установок различной мощности и их обслуживания необходимы люди для постоянной работы. Развитие данного направления позволит развивать малые производства в любых отдалённых от ЛЭП и газопроводов районах.
Районы центральной Сибири, Дальнего Востока не имеют ни достаточной электрификации, ни газа. Автономная и дешёвая энергетика в этих районах — реальное дело и требующая государственного вмешательства.
Роль нашей организации в данном конкретном случае свелась к:
- Адаптации ранее применявшихся процессов генерации газа на базе твёрдых топлив под современные требования современных двигателей. Ранее изготавливались газогенераторы для двигателей мощностью 20-40 кВт и этого было достаточно. В настоящее время мощность современных дизелей на порядок выше и для них нужны другие газогенераторы — высокопроизводительные, компактные, не дорогие, простые.
- Модернизации современных двигателей — многоцилиндровых, с турбонаддувом, гораздо более мощных, сконструированных для гостированного качественного топлива для работы на генераторном газе, качество которого может «плавать».
Задача заключается в разработке и изготовлении более совершенных и не дорогих газогенераторов с максимально качественным и стабильным по составу генераторным газом и адаптации современных двигателей к новому очень специфическому топливу -генераторному газу.
Созданием и эксплуатацией энергетической установки электрической мощностью 30 кВт нами показано, что возможность создания газовых поршневых двигателей на генераторном газе для автомобилей, тракторов, тепловозов, речных судов и электростанций имеется. Нужна реальная работа.
Энергетические установки на генераторном газе
Предлагаемые энергетические установки (ЭУ) имеют типовой набор аппаратов и процессов, аналогичный производимым в других странах, но являются максимально приспособленными к российским условиям, наиболее простыми и дешёвыми. Принципиальная схема ЭУ представлена на нижеследующем рисунке.
Энергетические установки включают в себя следующие основные узлы:
1. Измельчение древесины.
Для придания древесине однородности, древесные отходы подвергаются рубке на рубильной машине, например РМ-2 ОАО «Жуковский завод технологического оборудования». Получаемая щепа имеет в длину 16-22 мм и толщину 5 мм. Производительность машины — 2,5 м 3 /час. К получаемой щепе допускается добавление до 15% опилок. Ситуация в машиностроении такова, что рубильные машины могут быть изготовлены на любую необходимую производительность.
2. Сушка щепы. (поз. 1 фото 1)
Сушка щепы производится в бункере с ворошителем потоком тёплого воздуха от вентилятора охлаждения газопоршневого двигателя, радиатора охлаждения генераторного газа, в который направляются выхлопные газы этого же двигателя. Бункер располагается в торце газопоршневого двигателя со стороны радиатора с целью максимального использования потенциала потока тёплого воздуха от вентилятора двигателя.
3. Газогенератор. (поз. 2 фото 1 и поз. 1 фото 2)
Газогенератор представляет собой вертикальный, полый цилиндрический или прямоугольного сечения аппарат, условно разделённый на следующие зоны:
3.1. Бункер для загрузки и хранения щепы и подачи её в зону горения. Периодически в бункер загружается вручную или механическим образом щепа. В бункере производится сушка щепы и испарение летучих веществ.
3.2. Зона горения. В зону горения из атмосферы через фурмы подаётся воздух в дозированном количестве для обеспечения неполного сгорания древесины и максимального получения целевого продукта — окиси углерода — СО, а не двуокиси углерода — СО2. Окись углерода — СО является основным энергетическим компонентом генераторного газа. Вместе с воздухом в зону горения может подаваться водяной пар, обеспечивающий образование водорода, в зоне высокой температуры образуется частично метан и расщепляются летучие смолы.
Из зоны горения выходят генераторный газ и зола, зола падает в сборник, из которого она периодически удаляется. Горячий газ с температурой 300-500° С поступает на охлаждение.
Чем лучше ведётся процесс газификации, тем больше содержание горючих газов, тем выше эффективность всей работы энергетической установки. Особое внимание необходимо уделять подготовке топлива, а именно: — фракционному размеру; — влажности топлива и своевременной и быстрой загрузке газогенератора топливом. Подача пара в зону восстановления обеспечивает увеличение содержания водорода в генераторном газе.
Узел генерации газа представлен в составе газогенератора, сепаратора и фильтра тонкой очистки газа на фото.
1.1. подача воздуха в зону горения
1.2. шуровка топки
2. сепаратор удаления капель из жидкости.
3. фильтр тонкой очистки газа.
4. Охлаждение газа. (поз. 1 фото 1)
Охлаждение генераторного газа производится с целью использования его тепла также конденсации паров воды и смол. Охлаждение генераторного газа производитс радиаторе с оребрёнными трубами и обдуваемом вентилятором газопоршнево двигателя, нагретый воздух обдува труб радиатора направляется на сушку щепы охлаждённый до 70-80° С генераторный газ направляется на сепарацию.
5. Сепарация газа
5.1. Массообменный сепаратор. (поз. 2 фото 2) Запатентованный массообменн сепаратор обеспечивает смешение неочищенного газа с размельчённой до микронно уровня дисперсности жидкостью, контакт капель жидкости с механическими смолообразными примесями и их отделение вместе с каплями жидкости центробежной секции сепаратора.
Высокая плотность орошения жидкости на поступающий газ, достигающая 2 м 3 /на м 2 сечения и высокая дисперсность абсорбирующей жидкости обеспечива практически полное извлечение примесей из генераторного газа.
Массообменный сепаратор хорошо работает в строго определённых пределах производительности по газовому потоку. Он расчитывается и изготавливается на задаваемые условия, в других условиях он работать не будет.
5.2. Адсорбционная очистка. (поз. 3 фото 2). При необходимости генераторн газ подвергается очистке на твёрдом носителе. Твёрдый носитель или адсорбент име большую удельную поверхность и насыпается в цилиндрический полый аппарат герметично закрывается и подсоединяется к газовому потоку. Оставшиеся генераторном газе частицы смолы прилипают к поверхности адсорбента, очищен газ направляется в газовую топливную линию газопоршневого электроагрегата твёрдый адсорбент по мере потери активности (забивки смолой) меняется на свежий.
6. Газопоршневые электроагрегаты. (поз. фото 1)
Очищенный и охлаждённый генераторный газ поступает в качестве топлива в серийно выпускаемые нами газопоршневые электроагрегаты. Наши электроагрегаты изготавливаются с использованием отечественных и белорусских базовых двигателей, максимально приспособленных к реальным условиям, имеющих обеспеченную ремонтную базу и работающих на отечественных маслах. Основная масса газопоршневых двигателей будет создаваться с использованием простых, надёжных и хорошо проверенных двигателей Минского и Ярославского моторных заводов.
Ниже представленные фото ГПЭА-100 с двигателем Д-266(Г) Минского моторного завода, ГПЭА-400 с двигателем ЯМЗ-8503.10(Г) Ярославского моторного завода и ГПЭА-150 с двигателем ЯМЗ-238(Г) дают представление о технической возможности применения современной техники для производства электрической и тепловой энергии.
Технические параметры наших газопоршневых электроагрегатов представлены в таблице (Приложение 1).
Автотракторная техника на генераторном газе
Ранее, из-за дефицита бензина, автомобили и тракторы переводились на генераторный газ. В настоящее время практически все грузовые автомобили и трактора работают на дизельных двигателях, основными из которых являются ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238. Но эти двигатели уже модернизированы нами для работы на газовом топливе -природном газе или сжиженном газе (пропан-бутан) и нет проблемы по переводу их на генераторный газ, по опыту прежних работ в этом направлении в СССР.
На автомобили и тракторы устанавливаются более мощные и компактные газогенераторы, оснащённые современными способами и аппаратами очистки газа вместе с модернизированными на газовое топливо современными двигателями.
Данная работа не имеет технических трудностей и может быть выполнена нами за непродолжительное время.
Авторские права на размещенные материалы принадлежат авторам
© Тригенерация.ру — Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ, 2007 — 2024
о проекте, карта сайта, E-mail:
Возрастная категория Интернет-сайта «18+»